黑果腺肋花楸功能性研究进展及其应用

杨舒乔，王迪，高彦祥

（中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083）

黑果腺肋花楸 [Aronia melanocarpa（Michx.）E-lliott]又名野樱莓、不老莓，为蔷薇科，腺肋花楸属，多年生落叶灌木。原产于北美东部，主要是作为观赏植物种植，后引入欧洲，20世纪90年代开始引入中国，相继在辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古、山西、河北等十余个省市开展种植[1]，现已成为了重要的工业作物，主要用于生产果汁、果酒、果酱、果粉等，也是食品级着色剂的重要来源[2]。黑果腺肋花楸果实呈球型，果皮紫黑色，果肉暗红色，未经加工的新鲜果实因具有涩味而很少被食用。研究表明，黑果腺肋花楸果实富含多种功能性成分，是植物界中最丰富的多酚来源之一[3]，主要包括原花青素、花青素、酚酸、黄酮醇和黄烷醇[4]等。经试验证明，黑果腺肋花楸对血脂异常[5]、高血压[6]、肥胖[7]、葡萄糖代谢异常[8]等多种疾病均具有改善作用，并且具有抗炎抑菌效果[9]，最新研究还指出黑果腺肋花楸提取物（Aronia melanocarpa berry extract，AMBE）能抑制多种类型癌症的发病率，包括白血病、乳腺癌以及肠道癌等[10]。黑果腺肋花楸在生物医药和食品保健行业都具有较高的应用价值，已成为近些年的研究热点。

1 黑果腺肋花楸的组成

黑果腺肋花楸富含多类营养物质，主要包括碳水化合物、有机酸、多酚化合物和少量的脂肪及矿物质元素等，不同文献中记录的黑果腺肋花楸的成分及含量也有所差异，这可能是与其所使用的测量方法、花楸的品种、收割时间、气候、成熟度等因素有关。Denev等[11]测量了23种黑果腺肋花楸的组成成分，并给出平均值，具有较大参考意义。

1.1 黑果腺肋花楸中碳水化合物和有机酸的含量及组成

Denev等[11]研究表明：黑果腺肋花楸果实中主要的碳水化合物为山梨糖醇，占总量的60%左右，山梨糖醇不含醛基，不易被氧化，同时在血液中不转化为葡萄糖，不受胰岛素的控制，最后的代谢产物为二氧化碳和水，对血糖值和尿糖没有影响。此外,山梨糖醇可以刺激胰腺分泌胰脂肪酶等,促进胰岛素释放，使肝胆汁分泌增加，山梨糖醇不被胃酶分解,有润肠作用。丰富的山梨糖醇含量决定了黑果腺肋花楸具有降血糖、利尿等功能[12]。果糖是黑果腺肋花楸中含量第二丰富的碳水化合物，其次是葡萄糖，其平均含量分别为2.86、2.00 g/100 gFW，同时还含有0.14g/100 gFW的蔗糖。

有机酸是果实中的另一个重要组成部分，它们的存在会影响果实的口感，在黑果腺肋花楸中检测到了7种有机酸，包括奎宁酸、苹果酸、抗坏血酸、莽草酸、柠檬酸、草酸和琥珀酸。奎宁酸是含量最高的有机酸，其次是苹果酸，抗坏血酸的含量为65.23mg/100 g FW[11]，这使新鲜的黑果腺肋花楸成为维生素C的良好来源。

1.2 黑果腺肋花楸中多酚的含量及组成

Denev等[11]研究表明：黑果腺肋花楸是原花青素（proantho cyanidins，PACN）、 花青素（anthocyan，ACN）和羟基肉桂酸的重要来源。原花青素是黑果腺肋花楸中含量最高的多酚，黑果腺肋花楸中通常含有80%～95%的可提取原花青素，研究指出，原花青素由（-）-表儿茶素单元组成[13]。黑果腺肋花楸中的花青素几乎完全由花青素糖苷组成，主要为花青素-3-半乳糖苷、花青素-3-阿拉伯糖苷、花青素-3-葡萄糖苷和花青素-3-木糖苷[14]。羟基肉桂酸的含量仅次于花青素的含量，主要包含绿原酸和新绿原酸。黄酮醇（槲皮素糖苷）和黄烷-3-醇（表皮儿茶素）也作为浆果中的次要成分存在。黄酮醇主要由槲皮素衍生物组成，如槲皮素-3-芸香糖甙、槲皮素3-葡萄糖苷等。黑果腺肋花楸主要多酚化合物的化学结构如图1所示。

图1 黑果腺肋花楸主要多酚化合物的化学结构Fig.1 Chemical structures of main polyphenols of Aronia melanocarpa

2 黑果腺肋花楸功能作用研究现状

2.1 改善糖尿病

黑果腺肋花楸果汁及其提取物在动物和人体实验中均表现出降血糖作用[15]，是多种化合物共同作用的结果。一方面，作为黑果腺肋花楸碳水化合物主要成分的山梨糖醇可通过抑制肠道葡萄糖吸收和增加肌肉葡萄糖摄取的方式从而达到控制血糖的作用，也可作为糖的替代品用于减肥食品中。此外，从黑果腺肋花楸中分离出的花色苷可以清除胰腺β细胞中由于高葡萄糖水平而产生的过量活性氧（reactive oxygen species，ROS）[16]。Mu 等[17]研究了 AMBE 对胰岛素的抵抗作用及其作用机制，实验表明，高脂饮食诱导的2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus,T2DM）大鼠服用AMBE后表现为血糖降低，同时葡萄糖耐量得到改善，也增加了肝糖原含量，并调节了参与葡萄糖代谢的酶的活性。此外，AMBE减少了T2DM大鼠肝组织中的脂质蓄积以及氧化应激，并激活了PI3K/Akt信号通路。Worsztynowicz等[18]也指出，黑果腺肋花楸果汁可通过抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的活性降低了糖尿病动物模型中的血糖水平，进一步验证了黑果腺肋花楸可以作为改善胰岛素抵抗、从而治疗2型糖尿病的一种安全有效的功能性原料。

2.2 改善高脂血症和高胆固醇血症

高脂血症，即血脂异常，可导致全身动脉粥样硬化，是冠心病等心脑血管疾病的重要诱发因素[19]。通常是指血液中总胆固醇（total cholesterol，TC）、低密度脂蛋白胆固醇 （low densitylipoprotein-cholesterol，LDLC）、甘油三酯（triglyceride，TG）超过正常水平或高密度脂蛋白胆固醇 （high density lipoprotein-cholesterol,HDL-C）低下[20]。高胆固醇血症也是一种脂代谢异常的代谢性疾病，表现为血液中胆固醇尤其是LDL-C的异常升高[21]。已有文献指出，AMBE可以改善代谢综合征患者的脂质平衡，这主要是由于黑果腺肋花楸中多酚具有强抗氧化能力。Ciocoiu等[5]通过实验证明，AMBE降低了高血压大鼠的TG、TC和LDL浓度，并改善了HDL的水平。为进一步证明该结论，Lipińska等[22]用含有300 g黑果腺肋花楸果渣/公斤的饲料喂养羔羊，可显著提高HDL并降低TG浓度，TC和LDL含量保持不变。Park等[23]每天按照50 mg/kg剂量的黑果腺肋花楸粉喂养高脂饮食的小鼠，结果表明该方法改善了小鼠的肝脂质代谢。除了动物实验，该结论在人体实验中也得到了验证。Kardum等[24]的研究表明，通过黑果腺肋花楸果汁和葡甘露聚糖的共同作用，降低了肥胖女性的HDL水平，可以防止脂质蓄积引起的肝脏增重，改善脂质代谢。该研究也指出，黑果腺肋花楸并不会改变健康人体的脂质分布，只对患有代谢综合征和肥胖的患者有明显的改善效果。

2.3 改善高血压

高血压不仅会导致多器官的病理变化，而且容易导致动脉粥样硬化的发生。血管紧张素II（angiotensin Ⅱ，Ang II）能使全身小动脉收缩而升高血压，对人内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPC）产生有害作用。EPC对于心血管系统的正常功能十分重要，参与了出生后缺血组织的血管发生和血管损伤后的修复[25]。AMBE减少了Ang II对EPC功能的有害作用，同时促进了EPC的增殖，减少细胞的衰老，改善了功能[6]。Yamane等[26]使用含10%冻干黑果腺肋花楸果实的饲料饲喂自发性高血压大鼠（spontaneously hypertensive rats，SHR），3 d 后收缩压（systolic blood pressure，SBP）和舒张压（diastolic blood pessure，DBP）出现降低趋势，28 d后出现统计学上显著降低。Kardum等[27]进行了人体实验，未经药物治疗的高血压患者（33～67岁）每天服用200 mL黑果腺肋花楸果汁，可显著降低SBP和DBP，同时24 h的平均压力以及非睡眠时间的平均压力都有明显降低，除此之外也降低了TAG、TC和LDL水平。黑果腺肋花楸的降血压作用不仅与多酚的存在有关，还与其他成分或其他成分和多酚的协同作用息息相关。

2.4 抗癌活性

黑果腺肋花楸的多酚含量决定了它具有一定的抗肿瘤潜力，包括抑制乳腺癌、肠癌和白血病等，已在多篇文献中得到证实。Šavikin等[10]选用干燥的黑果腺肋花楸果实、覆盆子、黑加仑，采用煎煮浸提的方法做成水果茶，测定多酚活性与细胞毒性。结果表明，3种浆果类果茶对子宫内膜癌、胎记瘤、慢性髓细胞性白血病有一定的抑制作用，其中黑果腺肋花楸的抑制性最强。AMBE也可抑制人肝肿瘤细胞HepG2的增殖[28]，Thi等[29]进行了更深入的研究，确定了AMBE对人肝癌细胞SK-Hep1的影响：SK-Hep1细胞的生长受抑制程度与AMBE浓度成比例。除此之外，人结肠直肠癌LS-174T细胞对AMBE高度敏感，AMBE对Hela宫颈癌细胞也具有细胞毒性，且AMBE对Hela宫颈癌细胞的抗肿瘤作用高于对人结肠直肠癌LS-174T的抗肿瘤作用[30]。黑果腺肋花楸还通过促凋亡作用抑制癌细胞增殖，Sharif等[31]研究证明了黑果腺肋花楸果汁对HSB-2、MoIt-4和CCRFCEM白血病细胞系的促凋亡作用，黑果腺肋花楸果汁可选择性诱导细胞凋亡，这种作用主要是由于多酚的存在，尤其是其中的花青素-3-阿拉伯糖苷，新绿原酸和绿原酸。也有研究指出，传统的抗癌药会增加血小板的氧化应激并损害其生物学功能。使用AMBE可降低受测女性群体血小板中超氧阴离子自由基的浓度，清除患病女性血小板中的自由基[32]，为AMBE可作为一种新型且安全的抗癌原料提供了理论基础。

2.5 预防多种物质的毒性

因多酚具有抗氧化和抗炎的特性，黑果腺肋花楸可预防多种物质毒性。研究表明，黑果腺肋花楸果汁可通过限制扑热息痛的肝毒性来保护肝脏，其表现为丙氨酸转氨酶（alanineaminotransferase，ALT）、天门冬氨酸氨基转移酶（aspartate aminotransferase，AST）以及硫代巴比妥酸反应产物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）的降低[33]。Valcheva-Kuzmanova等[34]研究了黑果腺肋花楸果汁对胺碘酮毒性的抑制作用。胺碘酮会引起氧化应激大鼠的肺毒性，损害肺组织，导致肺纤维化。黑果腺肋花楸果汁抑制了这种毒性作用，使酶的抗氧化活性接近对照组的酶活性水平。Kondeva-Burdina等[35-36]的研究指出，给大鼠服用AMBE可抵消镉（Cd）诱导的骨代谢紊乱。Dabrowsk等[37]进一步研究表明，AMBE中所含的多酚化合物可与Cd2+形成复合物，防止Cd引起的氧化/抗氧化失衡以及腮腺的氧化应激反应，从而保护腺体不受损害。乙醇可诱导大鼠形成胃溃疡，Antonisamy等[38]的研究表明，AMBE显著减少了乙醇对胃黏膜的损害，阻挡炎症细胞的侵袭，抑制水肿的形成，并显著改善人体的抗氧化防御能力。

2.6 其他影响

除上述功能作用以外，黑果腺肋花楸对治疗痛风和高尿酸血症也有一定的效果，Wang等[39]通过实验证明，黑果腺肋花楸可以减少痛风大鼠血清中的炎症细胞数量，降低踝关节肿胀程度。在患有高尿酸血症的小鼠中，黑果腺肋花楸可以显著降低血清尿酸和黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XO）的水平。黑果腺肋花楸对痛风和高尿酸血症的治疗作用主要归因于多酚物质可以通过调节氧化应激状态抑制XO活性。

黑果腺肋花楸还具有预防和治疗流感的巨大潜力，根据浓度的不同，AMBE可抑制多种流感病毒的发展，抑制效果高达60%以上[40]。Park等[41]的研究表明，AMBE降低了感染rPR8-GFP流感病毒的小鼠的死亡率，黑果腺肋花楸对流感病毒增殖的抑制主要作用于血凝素。

黑果腺肋花楸对神经系统也会产生有益作用，DABROWSKI等[37]研究了黑果腺肋花楸对衰老大鼠学习能力和记忆力及脑形态的影响，结果指出黑果腺肋花楸会显著增加海马穿孔路径中神经纤维的密度，同时也可增加海马体中的乙酰胆碱酯酶活性，这是神经元功能改善的重要标志。结果表明，黑果腺肋花楸可以改善老年大鼠的学习能力及其运动功能。MT等[42]的研究结果也表明，每日服用黑果腺肋花楸果汁可以改善青少年的运动能力，同时减少焦虑和抑郁等行为。除此之外，黑果腺肋花楸还可能具有止咳平喘、润肠利尿、清肝明目等多种功能，但具体作用机理尚不明确，需进一步通过实验证明。

3 黑果腺肋花楸应用现状

在许多国家，黑果腺肋花楸被广泛应用于医药和食品工业，果实中功能性物质的提取以及保健型果汁、果酒、果酱的加工技术都十分成熟。而我国对黑果腺肋花楸的研究尚处于起步阶段，大部分研究基于其栽培技术，食品加工和功效成分提取的研究仍存在大面积空白。2018年9月根据《食品安全法》规定，黑果腺肋花楸果作为新食品原料通过了审评机构的安全性评估，为黑果腺肋花楸的综合利用提供了新机遇。

3.1 在食品加工行业的应用

3.1.1 制作果汁

黑果腺肋花楸出汁率较高，十分适合制成果汁，也能最大程度地保留其营养成分[43]。在国外，黑果腺肋花楸果汁已经被商业化，目前国内的加工工艺并不成熟，大多研究都集中在实验室研究层面。由于黑果腺肋花楸果实中的多酚类物质以及维生素C具有强还原性、容易被氧化生成醌类物质并聚合成黑色素，导致产品的形态受到一定影响，同时因其含丰富的单宁物质，酸涩的口味也不能得到人们的喜爱。刘艳怀等[44]采用复合果汁饮料口感掩盖的方式，制作了黑果腺肋花楸黑枸杞复合饮料，酸甜适口，风味独特。Gironés-Vilaplana等[45]将柠檬汁与黑果腺肋花楸果汁混合，使其具有更高的抗氧化活性，更大程度地保存了花青素含量，同时也改善了风味。除此之外，张海平等[46]利用植物乳杆菌C8-1对黑果腺肋花楸进行发酵，提高抗氧化能力的同时，改善了黑果腺肋花楸果汁的口感和风味，也为黑果腺肋花楸果汁加工提供了新思路。

3.1.2 酿造果酒

果酒是一类低酒精度、高营养、益脑健身、具保健功效的饮料酒，近些年深受大众喜爱[47]。黑果腺肋花楸果汁色泽红润，总糖含量较高，最高可达22%以上，适合于酿造果酒[48]。国内对黑果腺肋花楸果酒的研究比较多，大都先采用SO2进行护色澄清处理，然后接种活性干酵母进行陈酿，再经澄清、过滤、调配等步骤制成果酒[49]。Witkowska等[50]分析了黑果腺肋花楸果酒的主要成分，总抗氧化能力（total antioxidant capacity，TAC）为34.0 mmol/L，总酚含量最高为4.10 g/L,总花青素含量最高为1.39 g/L，VC含量最高为134.4 mg/L，表明黑果腺肋花楸果酒具有非常高的营养价值。毛建利等[51]又将黑果腺肋花楸酒与赤霞珠葡萄酒香气物质进行对比分析，经感官品评，黑果腺肋花楸酒比赤霞珠葡萄酒总得分高，再次证明了黑果腺肋花楸具有开发酿酒的价值。我国果酒业拥有广大的消费群体，黑果腺肋花楸果酒因其较高的保健功能，是果酒行业的新热点，必将拥有广阔的消费市场。

3.1.3 其他产品

黑果腺肋花楸果汁或榨汁后的果渣经喷雾干燥、冷冻干燥或真空干燥等方法可制成果粉，既可直接作为冲剂又可添加到面包等食品中，也可与其他功能性原料复配制成压片糖果[52]，充分保留了黑果腺肋花楸的营养物质，也实现了果渣的回收利用。Horszwald等[53]的研究表明，经喷雾干燥制成的果粉总酚、总黄酮、原花青素及矢车菊素葡萄糖苷含量最高。保健果醋是当今世界市场的热门趋势，借助黑果腺肋花楸制作的果醋，可以很大程度地遮盖黑果腺肋花楸果实原有的涩味，郭红月等[54]经过酒精发酵和醋酸发酵酿造出黑果腺肋花楸原果醋，具有良好的果香且酸甜适口。黑果腺肋花楸也被用作制作果冻的良好原料，Ciurzyńska等[55]采用配方为7%草莓粉、0.05%乳酸钙、5.2%黑果腺肋花楸浓缩果汁制作果冻，产品不仅保留了黑果腺肋花楸本身良好的色泽，又含多种营养成分，拥有良好的市场前景。王凤等[56]使用黑果腺肋花楸果肉原浆作为原料,添加白糖、柠檬酸及黄原胶制成了果酱，丰富了黑果腺肋花楸加工产品。随着研究的不断深入，黑果腺肋花楸的加工工艺得到不断的创新和优化，全面利用和开发黑果腺肋花楸产品是未来一大趋势。

3.2 在功效成分提取方面的研究

与我国相对简单的溶剂提取法相比，国外对黑果腺肋花楸中功效成分的提取方法比较丰富，包括加压液体萃取法、冷凝双回流提取法、亚临界水提取法、加压处理法等[57-59]。Wangensteen等[60]使用80%乙醇作为溶剂，采用冷凝双回流提取法提取黑果腺肋花楸浆果，提取到的酚类物质含量高达98 mg/g～175 mg/g。Wathon等[61]采用分批提取方法和新型集成提取-吸附方法从黑果腺肋花楸果皮中提取花青素，作为天然色素的可持续来源。该方法简化了过程，节省了时间和能源，可用于工业化大量生产花青素。Velmurugan等[62]通过索氏抽提和超声水浴，使用酸化的乙醇作为萃取溶剂，从黑果腺肋花楸粉中提取红色的天然染料，可与银纳米颗（commercial silver nanoparticles，C-AgNPs）结合，应用于棉花、丝绸、皮革的染色，拥有良好色泽的同时又具有抗菌能力，是一种极具应用前景的新型染料。近些年，对黑果腺肋花楸中功效成分提取的研究不断深入，但又因花色苷降解率高、稳定性差，使其利用受到限制。Tong等[63]在2020年，用支链淀粉纳米颗粒（amylopectin nanoparticles，APNPs）来包埋并传递花色苷，体外消化结果表明，经优化可以提高花色苷的耐热性，降低降解率，为黑果腺肋花楸的综合应用提供了新思路。

4 结论与展望

黑果腺肋花楸作为多种生物活性化合物的重要来源，利用其果实又可进一步加工成果酒、果醋、果汁、果粉、果酱等食品，具有很大的应用潜力。目前关于黑果腺肋花楸对生物的毒性作用的研究相对较少，尚未建立安全的食用标准，过多的多酚摄入可能导致氧化还原失衡、金属络合物的形成，进而导致体内矿物质的缺乏；过量的单宁摄入也可能导致便秘或腹泻，还需对该原料进行大量的研究以确定其安全性。

我国针对黑果腺肋花楸的利用开发，仍只局限于药品产业提取黄酮、花青素和食品行业制作食品添加剂等，其他领域仍处于起步阶段。同时，我国黑果腺肋花楸栽培也处于起步阶段,果实产量尚不能满足市场需求，未来应大力发展黑果腺肋花楸健康产业，创新深加工产品的研发，充分利用其药用食用价值，黑果腺肋花楸未来的发展空间十分广阔。